1. Получение изображений – эксперимент по визуализации малых отверстий

В эксперименте с изображением маленького отверстия, если вы зажжете свечу, вы увидите перевернутое пламя свечи на белой бумаге по другую сторону маленького отверстия.

Это явление можно использовать для объяснения физики.принцип：Свет распространяется по прямым линиям в одной и той же однородной среде, не подвергаясь воздействию гравитации.。

Таким способом мы используем самый простой метод получения изображения пламени свечи на белой бумаге.

2. Захват изображений – принцип пленки

Если вы замените белую бумагу в эксперименте по визуализации маленьких отверстий негативом (пленкой), вы сможете записать изображение пламени свечи.

Полное название пленки — светочувствительная пленка на основе соли серебра, также называемая пленкой. Принцип заключается в нанесении галогенида серебра на ацетатную основу. Когда свет попадает на галогенид серебра, галогенид серебра превращается в черное серебро и после этого фиксируется на пленке. В процессе проявления основой стала обычная черно-белая негативная пленка, которую мы видим, а цветная негативная пленка покрыта тремя слоями галогенида серебра для передачи трех основных цветов.

Так родилась простейшая камера.

3. Фокусированное изображение – принцип изображения выпуклой линзы.

В эксперименте по визуализации небольшого отверстия свеча сама по себе является сильным источником света, поэтому она может отображать изображение на белой бумаге через маленькое отверстие. Поэтому этот метод предъявляет чрезвычайно высокие требования к источнику света. В повседневной жизни мы не можем зажечь себя. как свечи, не говоря уже о том, что большинство из них полагаются на рассеянное отражение солнечного света.

Выпуклая линза может изменять показатель преломления света и фокусировать свет для получения изображения. Принцип изображения выпуклой линзы заключается в следующем:

1. Фокусное расстояние

Фокусное расстояние относится к точке, в которой параллельные лучи света сходятся через линзу. Расстояние от этой точки до центра линзы называется фокусным расстоянием, которое на рисунке выше равно F.

2. Применение правил изображения выпуклых линз.

Для начала нужно узнать, что такое расстояние до объекта? Что такое расстояние? Расстояние до объекта — это расстояние между объектом слева на рисунке выше и объективом, обозначаемое как

, расстояние относится к расстоянию между изображением справа и линзой на изображении выше, записанному как

。

(1) Камера

Закон изображения: когда предмет находится в центре выпуклой линзы 2 разфокусное расстояние (), в перевернутое, уменьшенное, реальное изображение, изображение расположено в разе больше фокусного расстояния идваразфокусное расстояниемежду（f<v<2f

Согласно этому закону изображения, к камере можно применять выпуклую линзу для захвата объектов, фокусное расстояние которых превышает 2 раза.

(2) Проектор

Закон изображения: когда предмет находится в центре выпуклой линзы 1 раз больше фокусного расстояния и 2 разфокусное расстояниемежду（F<u<2f

Согласно этому закону изображения, к проектору можно прикрепить выпуклую линзу для увеличения изображения. 1 раз больше фокусного расстояния и 2 Изображения объектов между несколькими фокусными расстояниями.

(3) Увеличительное стекло

Закон изображения: когда предмет находится в центре выпуклой линзы 1 разфокусное расстояниев пределах（u<f

Согласно этому закону изображения, к лупе можно приложить выпуклую линзу, чтобы увеличить предметы в пределах 1-кратного фокусного расстояния.

3. Связь между фокусным расстоянием и углом зрения

Профессиональный термин для обозначения угла обзора — угол поля (Field of вид), называемый FOV,Относится к окончательному изображению, которое может создать камера.Диапазон углов。

Связь между углом зрения и фокусным расстоянием следующая:

На картинке

фокусное расстояние,

— длина светочувствительного элемента, а взаимосвязь между фокусным расстоянием и углом поля зрения можно приблизительно определить:

делать выводы：когда f Чем меньше поле зрения Чем больше, тем фокусное Чем меньше расстояние, тем больше изображение. углов Чем больше。

Фокусное расстояние и угол зрения объектива соответствуют следующему:

Фактические различия в изображениях, снятых объективами с разным фокусным расстоянием, заключаются в следующем:

В целом объективы фотоаппаратов можно разделить на

• Объектив «рыбий глаз»: фокусное расстояниедля 16mm или короче, чрезвычайно широкий диапазон углов обзора, близкий к 180°
• Сверхширокоугольный объектив: менее 24 мм
• Широкоугольный объектив: 24–35 мм, широкий диапазон углов обзора, небольшие отдельные сцены
• Стандартный объектив: 35–85 мм, угол обзора приближен к человеческому зрению.
• Телеобъектив: 85–300 мм, узкий диапазон углов обзора, большие отдельные пейзажи
• Супертелеобъектив: 300 мм или более.

Подробную классификацию объективов фотоаппаратов можно найти в этой статье.：Классификация объективов фотоаппаратов для знакомства с фотографией[1]。

4. Цифровое изображение – светочувствительный элемент (датчик).

Фильм записывается посредством химической реакции со светом.,Фоточувствительный элемент преобразует свет в аналоговые электрические сигналы для записи.,Датчик меняет камеру с традиционной пленочной камеры на цифровую.。

Аналоговый сигнал, генерируемый светочувствительным элементом, сначала усиливается усилителем аналогового сигнала, а затем преобразуется в цифровое изображение с помощью схемы цифро-аналогового преобразования (DAC). Затем цифровое изображение обрабатывается ISP (процессором сигналов изображения). ) процессор изображений, и, наконец, цифровое изображение обрабатывается в цифровом виде ISP (процессором сигналов изображения). Изображение подвергается алгоритму кодирования сжатия и сохраняется на SD-карте в виде файла фотографии.

Фоточувствительные элементы также называются датчиками изображения (сенсорами), которые делятся на два типа: один представляет собой широко используемый элемент CCD (зарядовая связь), а другой - устройство CMOS (дополнительный металлооксидный полупроводник).

1. CCD

ПЗС означает устройство с зарядовой связью. Он изготовлен из высокочувствительного полупроводникового материала и состоит из множества фоточувствительных элементов, обычно измеряемых в мегапикселях.

Когда поверхность ПЗС-матрицы освещается светом, каждый светочувствительный блок отражает заряд компонента, то есть преобразует свет в заряд. Сигналы, генерируемые всеми светочувствительными блоками, складываются для формирования полной картины.

2. CMOS

КМОП означает «дополнительный металлооксидный полупроводник». В основном это полупроводник, состоящий из двух элементов: кремния и германия, поэтому полупроводники с N-полюсом и P-полюсом сосуществуют на КМОП. Ток, генерируемый этими двумя взаимодополняющими эффектами, может быть записан. как изображение процессором обработки.

Основное различие между ними заключается в том, что：CCD Качество изображения сенсора лучше, чем CMOS датчик, в то время как CMOS Датчик превосходит другие по скорости формирования изображения, энергопотреблению, цене и т. д. CCD датчик。

о Детальный анализ различий между CCD и CMOS,Справочная статья：Комплексный и подробный анализ CMOS и CCD изображениедатчик[2]。

Вышеупомянутые основные принципы работы камер. В следующей статье будут представлены некоторые общие параметры камер.

Ссылки

[1]

Классификация фотообъективов для знакомства с фотографией: https://zhuanlan.zhihu.com/p/28613397

[2]

Комплексный и подробный анализ CMOS и CCD Датчик изображения: https://zhuanlan.zhihu.com/p/565553001